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Denominazione dell’Esame
ELEMENTI DI FISICA DELLO STATO
SOLIDO
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9
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11
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14
14
Numero totale di crediti dell’esame
Settore scientifico di riferimento
Tipologia attività formativa
Anno di corso
Periodo didattico
Numero totale di crediti dell’unità didattica
Carico di lavoro globale (espresso in ore)
Nome del docente
Obiettivi formativi
3
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Prerequisiti
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Contenuto del corso
FISICA DELLA MATERIA
Affine/Integrativa
1° anno
Secondo Ciclo Semestrale
3
24 h
M .C. Carotta
Il corso fornisce allo studente le
conoscenze di base della fisica dello
stato solido, con particolare riguardo alle
proprietà elettroniche di conduttori e
semiconduttori
Conoscenze di Matematica, Fisica
Generale e di Meccanica Quantistica.
Reticoli cristallini: Reticoli di Bravais.
Vettori primitivi. Cella primitiva,
convenzionale, di Wigner-Seitz.
Cristallo = reticolo + base. Cristalli SC,
BCC, FCC, HEX, HCP, diamante.
Operazioni di simmetria, classificazione
dei reticoli di Bravais. Reticolo
reciproco. Calcolo del reticolo reciproco.
Prima zona di Brillouin. Diffrazione di
raggi X: Condizioni di Bragg e Von
Laue, sfera di Ewald, metodi
sperimentali (metodo di Laue). Fattore di
struttura e di forma. Oscillazioni
armoniche del cristallo.
Approssimazione armonica. Reticolo
unidimensionale: calcolo delle curve di
dispersione. Vettori d'onda equivalenti.
Fononi acustici ed ottici. Caso
tridimensionale: onde longitudinali e
trasversali. Il gas di elettroni liberi: Il
problema quantistico della particella
nella scatola. Quantizzazione di energia
e vettore d onda. Vettore d'onda, energia,
velocità e temperatura di Fermi.
Statistica di Fermi-Dirac. Potenziale
chimico, temperatura termodinamica.
Distribuzione del gas di elettroni a T
diverso da 0. Calore specifico del gas di
elettroni nei metalli. Effetto Hall. Il gas
di elettroni quasi liberi: Potenziale
cristallino periodico. Teorema di Bloch.
Comparsa del gap di energia. Estensione
a tre dimensioni. Alcune proprietà legate
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Testi di riferimento:
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Modalità didattica
Modalità esame
alle bande elettroniche: Conduttori,
isolanti, semiconduttori. Elettroni e
lacune. Rappresentazione delle bande in
zona estesa, ridotta, ripetuta. Superficie
di Fermi. Conducibilità elettrica dei
metalli (modello semiclassico). Effetto
Hall. Calcoli di bande elettroniche:
Metodo tight-binding. Metodi cellulari,
APW, OPW. Struttura a bande di alcuni
elementi importanti: K, Cu, Au, Ag, Mg,
C, Ge, Si. Semiconduttori intrinseci:
Semiconduttori a gap diretta e indiretta.
Transizioni interbanda.
C. Kittel, Introduction to Solid State
Physics, J.Wiley&Sons, New York;
Aschroft/Mermin, Solid State Physics,
CBS Publishing (also other editors).
convenzionale
orale
Nella scheda che verrà messa a disposizione dei docenti il punto 2, 3, 4 e 5 per i corsi
monodisciplinari non
1
Title of course
Basic Solid State Physics
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Total examination credits
Scientific field of reference
3
9
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11
12
14
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Year of degree course
Semester
Credits total amount
Global workload (in hours)
Teacher’s name
Educational Goals
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Prerequisites
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Course syllabus
1
2
3
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M. C. Carotta
The purpose of this course is to offer to
students a basic knowledge of solid state
physics. Special attention is paid to the
electronic properties of metals and
semiconductors.
Knowledge of Mathematics,
Fundamental Physics, and Quantum
Mechanics.
Crystal lattice: Bravais lattices. Primitive
vectors. Primitive, conventional, and
Wigner-Seitz cell. Crystal = lattice +
basis. SC, BCC, FCC, HEX, HCP, and
diamond structures. Symmetry
operations, classification of Bravais
lattices. Reciprocal lattice. First
Brillouin zone. X-ray diffraction: Bragg
and Von Laue conditions, Ewald sphere,
FIS/03
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Reference books
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20
Theaching activities
Exams
experimental methods (Laue method).
Structure and form factors. Harmonic
oscillations. Unidimensional lattice,
dispersion curves calculation. Equivalent
wavevectors. Acoustic and optic
phonons. The free electron Fermi gas:
the particle in a box. Energy and
wavevector quatization. Fermi
wavevector, energy, velocity, and
temperature. Fermi-Dirac distribution
law. Chemical potential, thermodinamic
definiton of the temperature. Free
electron gas at non-vanishing T. Electron
contribution to the specific heat in
metals. Nearly free electrons: periodic
lattice potential. Bloch theorem. The
energy gap. Extension to three
dimensions. Properties of solids due to
the electronic band shape: conductors,
insulators, semiconductors. Electrons
and holes. Extended-zone, reduced-zone,
and repeated-zone scheme. Electric
conductivity of metals (semiclassical
model). Hall effect. Band calculation:
tight-binding and cellular methods,
APW, OPW. Bands of selected
elements: K, Cu, Au, Ag, Mg, C, Ge, Si.
Intrinsic semiconductors: direct and
indirect gap. Interband transitions.
C. Kittel, Introduction to Solid State
Physics, J.Wiley&Sons, New York;
Aschroft/Mermin, Solid State Physics,
CBS Publishing (also other editors).
conventional
oral
